原子力潜水艦

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背景

原子力潜水艦は、主に水中を移動するだけでなく、海面を移動する原子力を動力源とする船です。以前は、従来の潜水艦は、水面を移動するために空気を必要とするディーゼルエンジンと、水面下を移動するためのバッテリー駆動の電気モーターを使用していました。電池の寿命が限られているということは、最先端の従来型潜水艦でさえ、低速では数日間、最高速度では数時間しか潜水できないことを意味していました。一方、原子力潜水艦は数ヶ月間水中に留まる可能性があります。この能力と高度な兵器技術を組み合わせることで、原子力潜水艦はこれまでに建造された中で最も有用な軍艦の1つになります。

歴史

水中を航行するように設計された船の最初の真剣な提案は、1578年に英国の数学者ウィリアムボーンによって行われました。ボーンは、木と革の2つの船体を使用することを提案しましたが、この装置は実際には製造されませんでした。最初の潜水艦は、1620年にオランダの発明家コルネリウスドレベルによって建造されました。ボーンが提案したものと同様の設計を使用して、この装置はテムズ川の水面下で8つの木製オールによって推進されました。

18世紀初頭、同様の設計を使用していくつかの小型潜水艦が建造されました。 1747年、未知の発明者が潜水艦にヤギの皮のバッグを取り付けることを提案しました。鞄に水を入れると潜水艦が下がり、鞄から水を出すと潜水艦が上がります。同じ基本概念が現代のバラストタンクでも使用されています。

潜水艦はアメリカ独立戦争中に最初に戦争で使用されました。 タートル、 イェール大学の学生であるデビッド・ブッシュネルによって設計され、イギリスの軍艦に爆薬を取り付けようとしましたが、船体の銅の覆いを貫通できませんでした。 1801年、アメリカの発明家ロバートフルトンがノーチラスを建設しました。 鉄のリブの上に銅のシートで作られた潜水艦。 ノーチラス 4人の乗組員を乗せることができ、テストで船を沈めることに成功しましたが、フランスとイギリスの両方によって拒否されました。フルトンは、1815年に亡くなったときに、100人の乗組員を乗せることができる蒸気動力の潜水艦に取り組んでいました。

南北戦争中、ホレスL.ハンリーは南軍の潜水艦の建造に資金を提供しました。これらの船の3番目、 H. L. Hunley、 ユニオン船を攻撃して沈没させた Housatonic 1864年2月17日、しかし結果として生じた爆発でそれ自体が破壊された。

19世紀後半、アメリカとヨーロッパに多数の潜水艦が建造されました。潜水艦を動かす方法は、手動のプロペラから蒸気機関、ガソリンエンジン、電気モーターに進化しました。第一次世界大戦と第二次世界大戦では、水上移動にディーゼルエンジンを使用し、水中移動に電池を使用する潜水艦が使用されました。

第二次世界大戦後の原子力発電の開発は、潜水艦技術に革命をもたらしました。アメリカ海軍のエンジニア兼将校であるハイマン・リッコーバーの指揮の下、アメリカの発明家ロス・ガンとフィリップ・アベルソンがノーチラスを設計しました。 1954年に打ち上げられた最初の原子力潜水艦。1959年までに、戦略潜水艦として知られるいくつかの原子力潜水艦は、核弾頭を備えたミサイルを運ぶために使用されました。攻撃型潜水艦として知られる他の原子力潜水艦は、敵の船や潜水艦を沈めるように設計されていました。戦略潜水艦と攻撃型潜水艦は、世界中の海軍の重要な部分になりました。活発な戦闘での原子力潜水艦の最初の使用は、イギリスの攻撃型潜水艦征服者の1982年に行われました。 アルゼンチンの船を沈めたベルグラノ将軍 フォークランド諸島をめぐる紛争中。

ロバートフルトン

蒸気船技術の仕事で最もよく知られているロバート・フルトンは、1765年にペンシルベニア州リトルブリテンで生まれました。子供の頃、フルトンは機械装置の製造を楽しんでいました。彼は成熟するにつれて芸術に興味を持ち、肖像画や製図の販売を通じて彼自身を支えることができましたが、彼の作品が受けた一般的な反応は失望し、彼のエンジニアリングスキルに集中するように説得しました。

1797年、フランスのパリで運河を研究しているときに、ロバートフルトンは「プランジボート」または潜水艦の概念に魅了され、アメリカの発明家デビッドブッシュネルのアイデアに基づいて潜水艦の設計を開始しました。フルトンはフランス政府に接近し、その後イギリスとの戦争で、彼の潜水艦を使用してイギリスの軍艦の底に粉末鉱山を配置できるとの提案をしました。いくつかの説得の後、フランス人はボートの開発に資金を提供することに同意し、1800年にフルトンは最初の潜水艦であるノーチラスを進水させました。 ルーアンで。

長さ24.5フィート（7.5 m）の楕円形の船は、通常の船のように水上を航行しましたが、船が25フィート（7.6 m）の深さまで沈められたとき、マストと帆は甲板に対して平らに置くことができました。その中空の金属キールを水で満たします。フルトンの計画は、金属製の司令塔から標的の船の底にスパイクを打ち込むことでした。スパイクに取り付けられた徐放性の鉱山は、潜水艦が射程外になると爆発するように設計されていました。このシステムは試験では機能しましたが、英国の軍艦は実験で使用されたスループよりもはるかに高速であったため、低速の潜水艦を回避することができました。フランス人は戦闘の試みが失敗した後、プロジェクトへの資金提供をやめましたが、技術が有望であると考えたイギリス人はフルトンを彼らの側に連れて行きました。残念ながら、潜水艦はテストではうまく機能しましたが、実際の状況では不十分であることがわかりました。トラファルガーの海戦（1805）で失敗した後、イギリス軍もこのプロジェクトを放棄しました。

これらの経験の後、臆することのないフルトンは新しい探検の領域である蒸気に目を向けました。フルトンはパリでの連絡を通じて、ニューヨーク州で蒸気航法を20年間独占していたフランスのアメリカ外相であるロバートリビングストン（1746-1813）に会いました。 1802年に、2人はビジネスパートナーシップを形成することを決定しました。翌年、彼らはセーヌ川で仲間のアメリカ人ジョン・フィッチの設計に基づいた蒸気船を進水させました。

フルトンは1803年の後半にニューヨークに戻り、デザインの開発を続けました。 4年間の作業の後、フルトンはクレルモンを立ち上げました。 時速5マイル近くの速度の蒸気動力船。フルトンとリヴィングストンのパートナーシップは繁栄し、フルトンはついに認められた成功を収めました。

フルトンの粘り強さと彼のアイデアへの信念は、蒸気船が米国の河川の主要な輸送源になるのを助け、国内の輸送コストを大幅に削減しました。

原材料

原子力潜水艦の製造に使用される主な材料は鋼です。潜水艦の乗組員とすべての内部構造を含む内部船体と外部船体を作るために鋼が使用されています。 2つの船体の間にはバラストタンクがあり、水を取り入れて潜水艦を沈め、水を排出して潜水艦を上昇させます。

典型的な潜水艦。

原子力潜水艦のさまざまな部分は、鋼に加えて、銅、アルミニウム、真ちゅうなどの他の金属で作られています。完全装備の原子力潜水艦を構成する何千もの部品を製造するために使用される他の材料には、ガラスとプラスチックが含まれます。電子機器には、シリコンやゲルマニウムなどの半導体が含まれます。潜水艦に動力を供給する原子炉は、エネルギー源としてウランまたは他の放射性元素に依存しています。

製造
プロセス

製造の準備

• 1原子力潜水艦は軍事用にのみ製造されているため、原子力潜水艦の建造は国が決定します。米国では、海軍の海底戦争部門が、飛行と呼ばれる潜水艦のグループの製造を要求する責任があります。
• 2海軍は、原子力潜水艦を構成する多くの部品を製造するために、何千もの企業からの入札を受け入れています。潜水艦の船体は、一般的にジェネラルダイナミクスコーポレーションの電気ボート部門によって作られています。 （元の電気ボート会社は、1900年に米国海軍によって使用された最初の潜水艦を製造しました。）
• 3原子力潜水艦への資金は、大統領が議会に提出する国防予算に含まれています。承認されると、製造プロセスが開始されます。原子炉は政府の海軍原子炉プロジェクトによって供給されています。これらの原子炉を製造するために使用される方法は厳重に保護されており、開示は国家安全保障の違反と見なされます。

船体の作成

• 4厚さ約2〜3インチ（5.1〜7.6 cm）の鋼板は、鉄鋼メーカーから入手します。これらのプレートは、アセチレントーチで適切なサイズにカットされます。
• 5切断された鋼板は、大量の圧力の下で大きな金属ローラー間を移動します。それぞれ直径約28インチ（71.1 cm）、長さ約15フィート（4.6 m）のローラーは、1つのローラーが他の2つのローラーの上に載るように設定されています。鋼板が上部ローラーの下と2つの下部ローラーの上を移動すると、湾曲して曲がります。プレートは、目的の曲率が得られるまで前後に回転します。
• 6湾曲した鋼板は、船体の形状の輪郭を描く木製のテンプレートの周りに配置されます。次に、それらを手で溶接して、船体のセクションを形成します。セクションはクレーンで持ち上げられ、別のセクションの隣に配置されます。 2つのセクションは、自動溶接機の下でゆっくりと圧延されます。自動溶接機は、それらを一緒にシールします。回転部分が溶接機の下を数回移動するため、継ぎ目が非常に強くなります。
• 7溶接部分は、その周りに湾曲したT字型の鋼製リブを溶接することによって強化されます。これらは加熱によって作られています 潜水艦の製造は非常に複雑で、手動と自動の両方のプロセスを利用しています。大きな鋼板が圧延され、内側と外側の船体の形に溶接されます。足場は製造中に建てられるので、アクセシビリティは妨げられません。製造のあらゆる側面は、検査と品質管理措置によってチェックされます。たとえば、溶接鋼部品はX線で検査されます。漏れをチェックするために、パイプはヘリウムで満たされています。その結果、海軍原子炉プログラムは、原子力発電プログラムの中で最高の安全記録を持っていると考えられています。それらが曲がるのに十分柔らかくなるまで鋼の棒。自動ハンマーがバーの端を叩き、船体に一致する曲線を作成します。
• 8複数のセクションを溶接すると、内部の船体が生成されます。同じプロセスを繰り返して、外側の船体を形成します。内側の船体は鋼製のリブに溶接され、次に外側の船体に溶接されます。鋼製のリブが2つの船体を分離し、潜水艦の深さを制御するバラストタンク用のスペースを確保しています。外側の船体は内側の船体の底部と側面までしか伸びておらず、潜水艦は直立したままです。
• 9一方、潜水艦をいくつかの水密区画に分割するために、船体の内側に鋼板が溶接されています。スチールデッキとバルクヘッドも所定の位置に溶接されています。外部の溶接シームは高速砥石で研磨され、滑らかになっています。これは塗装面を改善するだけでなく、潜水艦に移動中の摩擦がほとんどない流線型の表面を提供します。次に、船体は保護コーティングの層で塗装されます。

外装の仕上げ

• 10ラダーやプロペラなどの外付け部品は、さまざまな金属加工技術を使用して作られています。多くの金属部品に使用される重要な方法の1つは、砂型鋳造です。このプロセスには、目的のパーツの木材またはプラスチックモデルの作成が含まれます。次に、モデルは、型に保持された密に詰まった硬化した砂に囲まれます。金型の半分が分離されているため、モデルを取り外すことができます。目的の部品の形状は、硬化した砂の空洞として残ります。溶融金属をキャビティに流し込み、冷却して、目的の部品を作成します。
• 11船体は足場に囲まれているため、作業員は船体のすべての部分に到達できます。外部コンポーネントは溶接またはその他の方法で取り付けられています。ソナー装置などの特定のコンポーネントは、水中移動中の摩擦を減らすために、船体に取り付けられ、滑らかな鋼板で覆われています。

内装の仕上げ

• 12大型の機器は、建造中の船体内部に配置されます。小型の機器は、完成後に船体内部に持ち込まれます。潜水艦は、多くの室内設備が設置される前に進水します。打ち上げ式の後、潜水艦は装備されたドックに曳航され、そこで内部の作業が続けられます。潜望鏡、シュノーケル、エンジン、電子機器などの重要なコンポーネントがインストールされています。このとき、冷蔵庫、電気ストーブ、エアコン、洗濯機など、乗務員が快適に過ごせる設備も設置されています。
• 13潜水艦が最初の海上公試を開始すると、原子炉が稼働を開始します。乗組員は大西洋クルーズ中に訓練を受けています。多くの場合、バハマのアンドロス島沖の海域で武器が発射され、テストされます。潜水艦は、その指定を「事前試運転ユニット」（PCU）から「米艦船」（USS）に変更する式典で正式に就役します。その後、潜水艦は、現役に入る前に慣らし航海を行います。

品質管理

国防において重要な役割を果たし、乗組員の生活は適切な機能に依存しているという事実、そして原子炉に内在する危険性により、原子力潜水艦の品質管理は他のほとんどの製造製品よりも重要です。建設が始まる前に、さまざまなコンポーネントを構築するために使用される材料は、構造上の欠陥がないか検査されます。以前、原子力潜水艦の新しい設計が提案されたとき、スケールモデルが構築され、改善が可能かどうかが確認されました。新しいデザインの縮尺図が作成された後、フルサイズの型紙に拡張され、細部を綿密に調査できるようになりました。スペースを節約したり、コンポーネントに簡単にアクセスできるようにするために、ビルダーがコンポーネントの位置を調整できるようにするために、インテリアのフルサイズのモックアップが作成されました。現在、設計のモデリング、変更、シミュレーションはすべて、コンピューターを使用して強化されています。

鋼板を切断して圧延して船体を形成するとき、すべての寸法が16分の1インチ（0.16 cm）以内で正確であることを確認するために検査されます。小さい部品は、1万分の1インチ（0.00025 cm）以下の精度である必要がある場合があります。すべての鋼部品の適切な溶接は、X線で検査されます。パイプはヘリウムで満たされ、漏れがないかチェックすることによって検査されます。すべての機器は、正しく機能することを確認するためにテストされています。特に、原子炉は安全を確保するために厳しい試験を受けています。これらの予防措置の結果として、海軍原子炉プログラムは、原子力発電プログラムの中で最高の安全記録を持っていると考えられています。

潜水艦が就役した後、戦時中の潜水艦の動作を確認するために慣らし航海を行います。潜水艦の速度と機動性は、必要な要件を満たしていることを確認するためにテストされます。

副産物/廃棄物

原子力潜水艦から発生する廃棄物を扱う最大の懸念は、原子炉から発生する放射性廃棄物です。原子力潜水艦によって生成される廃棄物は、より大きな原子力発電所によって生成される廃棄物よりもはるかに少ないですが、同様の処分の問題が存在します。海軍原子炉プログラムは、放射性廃棄物を安全に保管した優れた記録を持っています。しかし、一部の環境保護論者は、原子力潜水艦が事故や軍事作戦中に沈没した場合に放射性物質が放出される可能性について懸念を表明しています。

未来

原子力潜水艦は、今後何年にもわたって海軍防衛システムの重要な部分であり続けることが期待されています。将来の設計では、原子力潜水艦の速度と深度の能力を向上させる新しい方法が特徴となるでしょう。研究はまた、検出されないままで敵の船を検出する能力の向上につながります。ソビエト連邦の崩壊により国防予算が削減されたため、米海軍は原子力潜水艦の有効性を維持しながらコストを削減するという課題に直面しています。この目標を念頭に置いて、新しい攻撃型潜水艦プログラムは、大きくて高価なシーウルフを置き換えることを目的として、1990年代に考案されました。 より小さく、より安価でありながら、同等に効果的な原子力潜水艦で潜水艦を攻撃します。